Цікаво, коли ви чуєте про те, що кіборги стають реальністю, згадуєте ви про червоноокого Арнольді зі сталі? Як би то не було, майбутнє, в якому людина і машина стануть одним цілим, пов’язано не тільки з гайками і болтами. Без біології нікуди.
Тім Малі, який сам себе називає експертом з кіборгів, розповів ресурсу Gizmodo про те, яким буде перший кіборг. Швидше за все, це буде не механічне тіло, а вирощене за допомогою біотехнологій, і навряд чи ми побачимо в ньому Робокопа – швидше, воно буде зібране по частинах.
Сфера, відома як біоелектроніка, є саме тим, чим і називається: коли біологія зустрічає електроніку. Перш ніж говорить далі, важливо визначити, що таке біоелектроніка.
Коротка історія
Біоелектроніка являє собою досить нове слово, коли справа доходить до наукових дисциплін, хоча її витоки лежать за століття до цього. Перша електрокардіограма була зроблена в 1895 році і заклала собою початок біоелектроніки. Тоді стало очевидно, що електронні системи матимуть серйозний вплив на всі галузі медицини. Сьогодні по всьому світу імплантується понад півмільйона дефібриляторів на рік, перетворюючи мільйони людей в кіборгів, незалежно від того, розуміють вони це чи ні.
Сфера біоелектроніки тільки недавно стала відомою. За фактом, близько 95 % статей, написаних на цю тему, було опубліковано після 1990 року. І тільки за останні пару років почали відбуватися дійсно прориви світового значення. Після того як 20 століття принесло нам майже все, від кардіостимуляторів до роботизованих протезів, амбітні вчені почали задаватися питанням, куди можна було б завести відносини між біологією і електронікою. Замість того, щоб будувати електронні пристрої, які можуть бути імплантовані в біологічні системи, наприклад, чому б не побудувати пристрої, які стануть їх частиною?
Біокомп’ютери
Досі все відбувалося на клітинному рівні. Вчені будують біокомп’ютери, які використовують біологічно отриманий матеріал для виконання обчислювальних функцій. Ці маленькі неймовірні винаходи використовують ДНК для виробництва білків в системі відповідно з дуже конкретним напрямом. Конкретніше, вони використовують білки і ДНК для обробки інформації замість кремнієвих чіпів.
Щоб вважатися комп’ютерами, їм потрібно вміти робити три речі: зберігати інформацію, передавати її і виконувати функції відповідно до системи логіки. Вчені давним-давно з’ясували, як зберігати і передавати інформацію. (Зрештою, сама ДНК зберігає і передає інформацію). Тільки минулого року стало відомо, як змусити біокомп’ютери робити обчислення.
Команда на чолі зі стенфордським біоінженером Дрю Енді створила систему передачі ґенетичної інформації, яка використовує такі собі «транскриптори», які працюють як електронні транзистори. У той час як транзистори працюють за принципом пропускати або не пропускати електрони через шлюз, транскриптори дозволяють протеїну під назвою РНК- полімераза проходити або не проходити в нитку ДНК. Це неминуче дозволило вченим створити повністю функціональний біокомп’ютер.
Коли біологія зустрічає електроніку
Побудову біологічної системи, яка працюватиме як електронна, ще не можна назвати біоелектронікою. Біокомп’ютер – це будівельний блок для чогось більшого, розуміння того, як біологічні та електронні системи можуть існувати в симбіозі. Саме цим займалася група вчених Гарвардського університету в 2012 році, коли створила «кібернетичну» тканину, яка поєднувала тривимірну мережу функціонуючих, біосумісних і нанорозмірних проводів з людською тканиною. Це відкриття вже можна назвати синергією.
«Сучасні методи, які дозволяють нам спостерігати або взаємодіяти з живою системою, вкрай обмежені», – говорить професор Чарльз Лібер, керівник дослідження. – «Ми можемо використовувати електроди для вимірювання активності клітини або тканини, але це зашкодить їм. Завдяки новій технології ми вперше можемо працювати в тих же масштабах, що і біологічна система, не заважаючи їй. У кінцевому рахунку, мова йде про злиття тканини з електронікою таким чином, що стає важко визначити, де закінчується тканина і починається електроніка».
Просто замисліться над цим. Людське тіло управляється серією електричних сигналів, тому Лібер і його команда розробили новий матеріал у вигляді автономної нервової системи, що використовує нанорозмірні дроти, які виступають в ролі нервів. В даний час матеріал, ймовірно, буде використовуватися у фармацевтичній промисловості, щоб побачити як людські тканини реагують на ліки, але немає ніяких обмежень для створення електронних частин тіла.
Біоелектронні ліки від раку
Давайте відразу проведемо межу. Матеріал, який є частиною електроніки і частиною біології безумовно біоелектронний. Але кінцева мета біоелектроніки лежить ще далі. Наприклад, в пристроях, здебільшого гіпотетичних, які використовуватимуть принципи біообчислення та архітектури біологічної електроніки, щоб робити неймовірні речі.
Щоб дістатися туди, потрібно час. Поки ми тільки домоглися успіху в маніпуляції електричними властивостями живих клітин. Біолог Михайло Левін з університету Тафтса, наприклад, вважає, що є можливість налаштувати існуючі електронні сигнали в клітинах, щоб утворити нові моделі зростання. Це майже нічим не відрізняється від налаштування потоку білків в біокомп’ютер для виконання певних функцій, крім того, що може змінити світ.
Просто уявіть, який вплив можуть вчинити ці дослідження на лікування раку. У лютому минулого року команда Левіна опублікувала статтю, яка описує, як конкретні електричні сигнали пов’язані з ростом пухлини. По суті, якщо б ви могли визначити цей унікальний біоелектронний сигнал на ранній стадії, можна було б виявити пухлину ще до того, як вона почне зростати.
Більш того, якщо ви можете маніпулювати цими біоелектронними сигналами, ви взагалі можете зупинити ріст раку. В ідеалі такі маніпуляції не тільки могли б вилікувати людей від усіх хвороб, а й вирощувати нові кінцівки, наприклад.
Давайте перетворимо вас в живий комп’ютер
Ось де знаходиться грандіозне застосування біоелектроніки: у медицині. Різні типи пристроїв вже продаються як носимі датчики, що здатні розповісти вам про ваше тіло. Не так давно Google представила контактні лінзи, які здатні визначати рівень глюкози у вашій крові. Це прекрасний приклад. Деякі з цих пристроїв працюють в тандемі зі смартфоном або комп’ютером, але вчені в кінцевому рахунку сподіваються, що ті будуть працювати автономно, без проводів і навіть без батарей.
Трохи більше місяця тому фармацевтичний гігант GlaxoSmithKline оголосив приз на мільйон доларів за інновацію в сфері біоелектроніки. Вони шукають геніальних вчених, здатних побудувати «мініатюрне, повністю імплантуючий пристрій, який зможе читати, записувати і блокувати електричні сигнали тіла, щоб вилікувати хворобу». Звучить неймовірно. День, коли ми позбудемося від астми і діабету, що потенційно врятує мільйони життів, не за горами. А завдяки останнім дослідженням, ми знаємо, що це можливо.
Натхнення: hi-news.ru/technology